KR101135799B1

KR101135799B1 - 레이저 빔에 대한 물체 표면의 위치 및 정렬을 결정하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101135799B1
Application number: KR1020057006229A
Authority: KR
Inventors: 크리스토퍼 호바스; 루벤 자도얀; 페렌쯔 라크시; 졸트 보르; 가이 베른 홀란드; 티보르 주하즈
Original assignee: 에이엠오 디벨롭먼트, 엘엘씨
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2012-04-16
Also published as: US7330275B2; US20060114469A1; US20040070761A1; DE60325083D1; CN1722995A; CA2501618A1; EP1558190B1; EP1558190A2; AU2003267274A1; KR20050051690A; JP2006502410A; ATE415927T1; US20080062430A1; WO2004032810A3; CA2501618C; JP4509790B2; AU2003267274B2; US6992765B2; WO2004032810A2; CN1326505C

Abstract

본 발명은 교차 축에 대하여 평면의 위치 및 정렬을 결정하고, 알려진 위치 및 정렬을 사용하여 상기 면을 기준 면으로서 사용하는 경우에 보정이 행해질 수 있게 하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 레이저 빔에 대하여 평면의 경사 각도를 결정하고, 이러한 결정된 경사 각도를 사용하여 레이저 빔에 적용될 보정 팩터를 계산하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 간단히 설명하면, 상기 방법 및 장치는 궁극적으로 시술 내의 레이저 빔을 사용할 때 적용되는 보정 팩터, z 오프셋을 계산한다.

Description

레이저 빔에 대한 물체 표면의 위치 및 정렬을 결정하는 방법 및 장치{METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING THE POSITION AND ALIGNMENT OF A SURFACE OF AN OBJECT IN RELATION TO A LASER BEAM}

다양한 레이저 시술 또는 수술은 레이저 빔이 특정 초점에 적절하게 집속되도록 요구한다. 예를 들면, 눈 조직이 광파괴되거나 영향 받을 조직 내에서 또는 조직 상에서 제거되는 안과 레이저 수술에서, 레이저 빔을 집속하는데 사용되는 집속 어셈블리의 올바른 위치 이동은 매우 중요하다. 이러한 안과 수술은 각막, 공막, 홍채, 수정체, 및 관련 구조, 유리체, 및 망막 등의 시술 및 녹내장 치료를 포함한다. 또한, 초점 깊이 정확도가 피부과학 적용 및 심지어 염색체 일부를 절단하는 DNA "수술"에서와 같은 많은 비안과(non-ophthalmic) 레이저 수술에서 요구된다. 또한, 포토리소그래피 및 마이크로머시닝(micromachining)과 같은 비생체 애플리케이션도 초점 깊이 정확도를 요구한다.

그러나, 현재 사용되는 레이저 장치에서, 레이저 장치에 대해 공지된 관계로 물체를 위치시키는 것이 중요한 관심사이다. 예를 들면, 안과 수술에서, 레이저 빔에 대하여 공지된 관계로 눈이 위치될 때, 레이저 빔이 높은 정확성으로 눈 내부의 원하는 영역을 지향할 수 있다. 이는 부정확하게 또는 부적절하게 지향된 레이저 빔이 치료하려는 부위가 아닌 눈의 영역에 영향을 주어 눈에 영구 손상을 야기할 수 있기 때문에 중요하다.

레이저 안과 시술을 수행하기 위한 목적으로 레이저 장치에 대하여 눈을 정확하게 위치시키는 방법 중 하나는 눈을 안정화시키는 컨택트 렌즈를 사용하는 것이다. 그러나, 이를 위해서는, 레이저 장치에 대한 컨택트 렌즈[유리판 또는 "압평 렌즈(applanation lens)"]의 정렬이 알려져야 한다. 상술한 바와 같이, 레이저 장치에 대한 렌즈 정렬이 알려지지 않은 경우, 레이저 빔의 정확한 위치 이동의 에러가 발생할 수 있다.

컨택트 렌즈의 정렬을 레이저 장치에 대하여 알려지도록 보장하기 위해서, 레이저 장치 상에 렌즈를 고정 방향으로 영구 탑재할 수 있다. 그러나, 컨택트 렌즈가 레이저 장치 상에 탑재되면, 각 레이저 안과 시술 후에 렌즈의 멸균이 시간 소모적이고, 달성하기 힘들며, 매우 비경제적일 수 있다. 대안으로서, 컨택트 렌즈는 레이저 장치에서 제거되어, 멸균 및 대체될 수 있다. 또한, 일회용 컨택트 렌즈가 레이저 안과 시술용으로 사용될 수 있다. 그러나, 이들 마지막 2가지 대안에 있어서, 컨택트 렌즈는 레이저 장치에 탑재된 후에 레이저 장치와의 정렬을 필요로 할 수 있다.

유하스즈 등(Juhasz et al.)에 의한 미국 특허 제6,373,571호(여기서 참조로서 포함됨)는 레이저 장치에 압평 렌즈를 정렬하는 장치 및 방법을 개시한다. 특히, 유하스즈는 압평 렌즈를 레이저 장치에 정렬하기 위해서 컨택트 렌즈 상의 기준 마크가 레이저 빔 경로에 따라 소정 초점과 일치하게 되는 것을 개시한다. 이를 위해, 레이저 장치는 적어도 3개의 소정 경로를 따라 레이저 빔을 각각의 소정 초점에 연속적으로 지향시키고, 컨택트 렌즈는 이들 소정 경로를 따라 위치 이동하게 된다. 각각의 소정 경로를 따라, 레이저 빔은 컨택트 렌즈 상에 일련의 레이저 마크를 설정하도록 활성화된다. 레이저 마크, 소정의 초점 및 기준 마크가 모두 일치하는 경우, 컨택트 렌즈는 레이저 장치와 적절하게 정렬된다. 그러나, 임의의 레이저 마크와 기준 마크 사이에 소정 변위가 있는 경우, 압평 렌즈를 지지하는 유지 링이 모든 소정 초점을 사용하여 모든 기준 마크를 정렬함으로써 렌즈를 레이저 장치에 정렬하도록 조정된다.

그러나, 상기와 같은 이유로 인해, 축 교차의 관계로서 물체 평면의 위치와 정렬을 결정하고 알려진 위치와 정렬을 사용하여 이 평면을 기준 평면으로 사용하는 경우에 보정이 행해질 수 있게 하는 다른 방법 및 장치가 바람직하다.

본 발명은 교차 축에 대하여 물체의 평면의 위치 및 정렬(경사각 및 방향)을 결정하고 알려진 위치 및 정렬을 사용하여 이 평면을 기준 평면으로서 사용하는 경우에 보정이 행해질 수 있게 하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 레이저 빔에 대하여 물체의 평면의 위치 및 정렬을 결정하고, 결정된 위치 및 정렬을 사용하여 레이저 빔 초점에 적용될 보정 팩터를 계산하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 이 방법 및 장치는 곡면을 갖는 물체에 대하여 적용될 수 있다. 간단히 설명하면, 이 방법 및 장치는 궁극적으로 압평 렌즈 하부의 각막 조직을 광파괴하는 등 시술 중 레이저 빔을 사용할 때 적용되는 보정 팩터, z 오프셋을 계산한다.

압평 렌즈의 위치 및 정렬이 결정되면, 레이저 빔의 위치 이동은 레이저 빔을 사용하여 각막 조직을 광파괴하는 경우에 정렬을 고려하도록 보정될 수 있다. 통상, 이 방법은 2 단계, 즉 첫째, 레이저 빔에 대한 압평 렌즈의 위치 및 정렬을 결정하는 단계와 둘째, 시술 중 추후 사용을 위해 레이저 빔 z 오프셋의 보정된 위치를 결정하는 단계로 나뉠 수 있다.

본 발명의 장치의 일 양태에서, 레이저 빔의 초점 이동은 CPU 및 소프트웨어 명령에 의해 제어된다. 소프트웨어 명령은 CD, 하드 드라이브, 디스켓 또는 다른 전자 저장 매체 장치 등과 같은 저장 매체에 포함될 수 있다. 또한, 컴퓨터 소프트웨어(명령 세트)가 컴퓨터 명령을 저장할 수 있는 ROM, RAM 또는 다른 저장 장치 내에 저장될 수 있다. 소프트웨어 프로그램은 검출된 플라즈마 스파크의 z축 위치를 캡쳐하도록 구성될 수 있다. z축 위치에 더하여, x축 및 y축의 위치가 캡쳐될 수 있다.

적외선, 가시광선, 및 자외선 레이저 등의 다양한 레이저 소스가 본 발명의 방법 및 장치에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법 및 장치에서 사용될 레이저 소스는 연속파, Q 스위칭 펄스, 및 모드 고정 초단 펄스 레이저일 수 있다. 상기의 것은 단지 예이지만, 상기 레이저 유형은 본 발명에 사용될 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 레이저 빔은 펨토초(femtosecond) 또는 피코초(picosecond)의 범위에서 연속 반복의 짧은 광 펄스열로 이루어진다. 일실시예에서, 레이저 소스는 10피코초 미만의 펄스 구간을 갖는 적외선 초단 펄스 레이저이다. 다양한 레이저 소스가 사용될 수 있지만, 펨토초 레이저 장치에서, 물체를 광파괴하여 플라즈마 스파크를 생성하는 펄스당 레이저 에너지는 2.5㎛의 초점에 대하여 약 1 내지 5 μJ이다.

본 발명에서 사용되는 물체는 레이저 빔의 초점과 접촉하는 경우에 검출 가능한 플라즈마 스파크를 생성할 수 있는 재료이다. 플라즈마 스파크가 생성될 수 있는 몇몇 재료는 유리, 실리콘, 또는 플라스틱(의료용 플라스틱 등) 및 생체 재료 등을 포함한다. 물체는 레이저 빔의 경로 내에 물체가 있도록 레이저 장치에 영구 또는 일시적으로 고정된다. 틀, 베이스, 프레임 또는 다른 지지 장치가 물체를 제자리에 위치시키도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 동시에 계류 중인 미국 특허 출원 제09/772,539호(공개번호 제US2002/0103481) 및 제09/896,429호(공개번호 제US2002/0103482)에서 설명하는 바와 같이(이의 개시는 여기서 모든 목적으로 포함됨), 고순도의 융해 실리카(fused silica)로 이루어진 압평 렌즈가 레이저 장치에 연결되는 원뿔 형상의 프레임에 배치된다. 다른 예는 압력을 사용하여 현미경 슬라이드 위치를 고정하여 현미경 슬라이드가 제자리에 위치하는 것이다.

본 발명의 일 양태에서, 물체의 표면 또는 물체의 내부 주변에 플라즈마 스파크의 발생을 결정하는 방법 및 장치가 제공된다. 이 방법 및 장치는 광검출기를 사용하여 레이저 빔의 초점이 물체의 표면과 접촉하거나 레이저 빔이 물체 내에 집속되는 경우에 플라즈마 스파크의 발생을 검출한다. 광검출기는 플라즈마 스파크가 발생하는 때를 식별한다. 광검출기는 포토다이오드, CCD, 광전자 증배관, 포토트랜지스터 또는 플라즈마 스파크의 발생을 검출하기에 적합한 임의의 장치 중 하나일 수 있다.

본 발명의 일 양태에서, 레이저 빔에 대하여 물체 소스의 위치 및 정렬을 결정하는 방법 및 장치가 제공된다. 레이저 빔을 생성하는 레이저 장치와 거의 평면을 갖는 물체가 제공된다. 이 방법 및 장치는 곡면을 구비한 물체에도 적용될 수 있다. 물체는 레이저 빔의 경로에 위치한다. 물체는 레이저 장치에 영구 또는 일시적으로 고정될 수 있다. 레이저 빔의 초점은 레이저 빔의 z축에 수직인 평면에서 소정 패턴을 따라 반복 이동된다. 플라즈마 스파크는 레이저 빔 초점이 물체와 접촉하는 때에 검출된다. 레이저 빔에 대한 물체 표면의 위치 및 정렬이 결정된다.

본 발명의 일 양태에서, 레이저 빔의 초점 이동은 레이저 빔의 초점이 물체와 접촉하지 않도록 z축 면의 시작점에서 개시하는 단계; z축에 수직인 적어도 하나의 평면으로 소정 패턴을 따라 레이저 빔의 초점을 반복 이동시키는 단계; 및 소정 패턴을 따른 레이저 빔의 이동의 완료된 후에, 이전 z축 위치로부터 거리 Δz 만큼 z축 상의 레이저 빔의 초점을 이동시키는 단계를 포함한다. 소정 패턴은 원형 형상인 것이 바람직하다. 일실시예에서, 레이저 빔의 초점은 물체 하부에 위치할 수 있으며, 레이저 빔은 물체를 향해 이동할 수 있다. 또는, 다른 실시예에서, 레이저 빔의 초점은 레이저 소스와 물체 사이의 어딘가에 집속될 수 있으며, 레이저 빔이 물체를 향하여(또는 아래로) 이동될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에서, 플라즈마 스파크의 검출은 레이저 빔이 물체와 접촉하는 경우 제1 플라즈마 스파크를 식별하는 단계; 제1 플라즈마 스파크의 제1 z축을 기록하는 단계; 완성된 소정의 패턴을 따라 제2 플라즈마 스파크를 식별하여 소정 패턴의 완성을 식별하는 단계; 및 제2 플라즈마 스파크의 제2 z축 위치를 기록하는 단계를 포함한다.

플라즈마 스파크 검출에 더하여, 제1 z축 위치와 제2 z축 위치를 사용하여 z축에 대하여 물체의 위치 및 정렬이 계산된다. 일실시예에서, 물체 표면의 경사각(정렬)의 계산은 식 θ=tan^-l (Δz/D)을 사용하여 수행되며, 여기서, Δz는 제1 z축 위치와 제2 z축 위치 간의 차이이고, D는 소정 패턴(101)의 직경이다.

본 발명의 일실시예에서, 플라즈마 스파크는 조작자에 의해 시각적으로 검출된다. 제1 플라즈마 스파크의 발생과 제2 플라즈마 스파크의 발생은 소정 패턴의 완성시에 검출된다. 레이저 장치에 직접 접속된 푸트 스위치(foot switch)와 같은 입력 장치는 수동 조작된다. 레이저 장치의 조작자가 플라즈마 스파크의 제1 발생을 식별하면, 입력 장치는 컴퓨터에 알려 제1 z축 위치를 기록하도록 트리거된다. 레이저 초점은 반복적인 소정 패턴으로 물체를 통해 진행한다. 레이저 장치의 조작자가 소정 패턴의 완성을 식별하면, 조작자는 입력 장치를 구동하고, 그 후 컴퓨터를 트리거하여 제2 z축 위치를 기록한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 플라즈마 스파크의 검출은 플라즈마 스파크를 검출하는 광검출기를 제공하는 단계와 광 검출기를 사용하여 플라즈마 스파크의 발생을 식별하는 단계를 포함한다. 광검출기는 포토다이오드, CCD, 광전자 증배관, 포토트랜지스터 또는 플라즈마 스파크의 발생을 검출하기에 적합한 임의의 장치 중 하나일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 플라즈마 스파크의 검출은 물체의 이미지를 촬영하는 비디오 카메라를 제공하는 단계와 일련의 물체 화상을 캡쳐하는 단계를 포함한다. 표면 배치 및 정렬은 현재 이미지 화소에서 이전 이미지 화소를 감산하고, 그 후 소정 임계치를 초과하는 모든 최종 화소를 더하여 이 이미지에 대한 플라즈마 세기와 상호 관련된 이미지의 최종 수치가 되게 함으로써 결정될 수 있다. 각 계산에 대한 최종 수치는 플라즈마 세기 곡선을 설정하도록 그래프 상에 플롯될 수 있다.

레이저 빔에 대한 압평 렌즈의 정렬 결정 단계는 다음과 같이 여러 서브 단계로 나뉘어질 수 있다. 우선, z축이 레이저 빔의 경로로서 한정된 경우, 레이저 초점은 포인트(z₀)에서 압평 렌즈 아래의 z축 상에 지향된다. 레이저 빔의 초점은 폐쇄 패턴, 예를 들면 z축에 수직인 평면에서 압평 렌즈의 직경보다 작은 고정 직경을 갖는 원을 따라 이동된다. 초점이 폐쇄 패턴을 완성한 후에, 초점이 설정 거리(분리층으로도 불림) z_x만큼 상방의 z₁으로 조정되고, 이동 스텝이 반복된다. 이들 마지막 2개의 단계는 초점을 z축 위로 z₂로 조정하고 폐쇄 패턴으로 초점을 이동시켜, 레이저의 초점은 z축 위로 z_i로 조정되고 초점은 압평 렌즈과 접촉하여 플라시켜 스파크가 발생할 때까지 i번 반복한다. 이것이 발생하는 경우, 초점 z_i의 위치가 기록된다. 그 후, 초점은 이전 시작점 위로 z_x만큼 조절되고, 초점은 레이저가 압평 렌즈와 접촉할 때까지 z축에 수직인 평면에서 전체 폐쇄 패턴을 따라 이동되어, 전체 폐쇄 패턴을 따라 플라즈마 스파크가 발생하게 된다. 이것이 발생하는 경우, 초점 z_j의 위치가 다시 기록된다. Δz는 z₀와 z_j 간의 거리를 계산하여 결정될 수 있다. 폐쇄 패턴의 직경과 초점이 z축을 따라 이동한 전체 거리를 사용하여, z축에 대한 압평 렌즈의 각도(θ)를 결정하는 데 삼각법이 사용될 수 있다.

본 발명의 일 양태에서, 레이저 빔에 관련하여 물체의 표면의 정렬을 결정하는 방법 및 장치가 개시된다. 거의 평면인 표면을 갖는 물체가 제공된다. 레이저 빔을 생성하는 레이저 장치는 물체의 표면에서 적어도 3개의 플라즈마 스파크를 생성하는데 사용된다. 레이저 장치는 프로세스 및 계산을 실행하도록 구성된 소프트웨어를 구비한 CPU를 갖는다. 플라즈마 스파크는 수동/시각적, 광검출기, 또는 비디오 이미지 분석 등 상술한 것을 포함하는 임의의 방식으로 검출될 수 있다. 물체 평면 주변의 3개의 점을 검출함으로써, 레이저 빔 z축에 대한 평면 경사 및 레이저 빔의 z축에 대한 평면을 식별할 수 있다. 또한, 표면 곡률은 표면이 평면이 아닌 경우에 검출될 수 있다. 이러한 경우, 플라즈마 스파크를 사용하여 여러 포인트가 식별될 수 있으며, 이들의 x, y 및 z 좌표가 기록된다. 그 후, 표면 곡률이 계산된다.

본 발명의 일 양태에서, 거의 평면인 물체 상에서 레이저 빔의 초점을 결정하는 방법 및 장치가 개시된다. 신규한 장치 및 방법은 간섭계를 사용하여 물체로부터 레이저 빔 반사의 프린지(fringe) 패턴을 결정한다. 이러한 특정 장치 및 방법에서, 거의 평면인 물체가 제공된다. 레이저 빔을 생성하는 레이저 장치가 제공된다. 레이저 장치는 레이저 빔의 이동을 지시하도록 구성된 중앙 처리부를 갖는다. 간섭계는 레이저 장치와 직접 접속한다. 레이저 빔은 거의 평면 근방에서 집속된다. 레이저 빔은 평면 표면에서 다시 반사된다. 프린지 패턴이 검출된다. 프린지 패턴의 분석에 기초하여, 레이저 빔이 초점 안팎으로 결정된다. 중앙 처리부 상에 실행을 위한 소프트웨어는 물체의 거의 평면 근방에서 레이저 빔을 집속하고, 레이저 빔의 프린지 패턴을 검출하고, 레이저 빔이 프린지 패턴에 기초하여 집속되는지를 판정하도록 구성될 수 있다. 프린지 패턴 라인이 서로 거의 평행한 경우, 레이저 빔이 평면 상에 집속된다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 거의 평면의 물체 상에서 레이저 빔의 초점을 결정하는 다른 방법 및 장치가 개시된다. 레이저 장치는 깊이에 대한 신호의 의존성을 모니터한다. 신호 변화는 압평 유리의 하부 표면과 각막 사이의 인터페이스를 나타낸다. 레이저 빔을 생성하는 레이저 기기는 레이저 빔의 이동을 지시하도록 구성된 중앙 처리부를 갖는다. 레이저 빔에 의해 생성된 비선형 주파수 신호를 검출하는 대역 통과 필터를 구비한 광전자 증배관은 레이저 기기에 직접 접속된다. 중앙 처리부 상에 실행을 위한 소프트웨어 프로그램은 레이저 빔에 의해 생성된 비선형 주파수 신호를 모니터하고, 레이저 빔이 집속되는지를 판정하도록 구성된다. 비선형 주파수 신호는 제2 고조파 생성, 제3 고조파 생성, 유도 라만(stimulated Raman) 또는 백색광 생성 등 중 임의의 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 2개의 물체 간의 거리를 결정하는 방법 및 장치가 개시된다. 레이저 빔의 이동을 지시하도록 구성된 중앙 처리부를 갖는 레이저 빔을 생성하는 레이저 기기가 제1 물체의 표면에서 제1 플라즈마 스파크를 생성 및 검출하고, 제2 물체의 표면에서 제2 플라즈마 스파크를 생성 및 검출하는 데 사용된다. 제1 플라즈마 스파크의 발생을 검출하여 제1 물체의 외면에서 제1 포인트를 식별하고, 제2 플라즈마 스파크의 발생을 검출하여 제2 물체의 외면에서 제2 포인트를 식별하며, 제1 포인트와 제2 포인트 사이의 거리를 결정하는 소프트웨어 프로그램이 구성된다. 소프트웨어 프로그램은 제1 및 제2 포인트의 x, y, 및 z축 위치를 기록한 후 포인트 간의 거리를 계산한다. 플라즈마 스파크의 검출은 플라즈마 스파크를 검출할 수 있는 임의의 장치에 의해 행해질 수 있다. 일실시예에서, 플라즈마 스파크는 광검출기에 의해 검출된다. 광검출기의 몇몇 예는 포토다이오드, CCD, 광전자 증배관, 포토트랜지스터 또는 플라즈마 마스크의 발생을 검출하기에 적합한 임의의 장치 중 하나를 포함한다.

본 발명을 보다 완벽히 이해하도록, 첨부 도면과 함께 이하의 설명을 참조한다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 나타내는 레이저 장치에 대한 압평 렌즈의 위치 및 정렬을 결정하는 데 사용되는 장치의 사시도이다.

도 2는 압평 렌즈와 레이저 빔의 개략도이다.

도 3은 레이저 빔의 초점 평면에 대한 압평 렌즈의 위치, 정렬 및 방향을 결정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 4는 레이저 빔에 대한 압평 렌즈의 위치, 정렬 및 방향을 결정하는 비디 오 이미지 분석을 나타내는 그래프이다.

도 5a 내지 도 5c는 레이저 빔을 집속하는 간섭계를 사용하는 동안에 검출된 패턴 프린지를 나타내는 도면이다.

도 6은 깊이 축 상의 양의 신호가 각막 내부의 위치에 대응하고 제로 위치가 각막 유리 인터페이스에 대응하는 피그 아이에서 빔 웨이스트 위치에 대한 제2 고조파 신호의 의존성을 나타내는 그래프이다.

본 발명 및 그 이점을 상세히 설명하였지만, 후술하는 청구항에 의해 한정되는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변화, 대체 및 변경이 행해질 수 있음이 이해될 것이다. 더욱이, 본 발명의 범위는 명세서에서 설명한 프로세스, 기계, 제조물, 조성물, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시예로 한정하려는 것이 아니다. 당업자는 본 발명의 개시로부터, 여기서 설명한 대응 실시예와 거의 동일한 결과를 달성하고 거의 동일한 기능을 수행하는 기존의 또는 추후 개발될 프로세스, 기계, 제조물, 조성물, 수단, 방법 및 단계가 본 발명에 따라 사용될 수 있음을 용이하게 이해할 것이다. 따라서, 첨부한 청구항은 이러한 프로세스, 머신, 제조물, 조성물, 수단, 방법 및 단계와 같은 범위를 포함하는 것으로 의도된다.

이하 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 압평 렌즈 위치 및 정렬 장치의 일실시예의 개략도가 도시되어 있다. 장치(10)의 주요 컴포넌트는 레이저 장치(12)와 압평 렌즈(14)이다. 레이저 안과 수술을 달성하기 위해서, 레이저 장치(12)는 장치 하우징(도시하지 않음) 상에 탑재된 레이저 소스(16)를 포함한다. 이러한 레이저 소스(16)는 도 1에 도시한 바와 같은 발생 포인트(22)로부터 레이저 빔(20)을 생성한다. 본 발명의 일실시예에서, 레이저 빔(20)은 300피코초 미만(< 300㎰)의 펄스 구간과 400 내지 3000㎚ 범위의 파장을 갖는다. 바람직하게는, 레이저는 1053㎚에서 대략 600 내지 800펨토초의 펄스 구간 동안 10㎑의 반복율로 동작한다. 도 1은 레이저 빔(20)이 레이저 빔의 경로에 평행한 z축(24)을 형성하는데 사용되는 것을 보여준다. 여기서 설명하는 바와 같이, 본 발명의 장치 및 방법은 압평 렌즈의 사용을 통해 도시되어 있다. 그러나, 다른 물체의 위치 및 정렬이 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치 및 방법은 레이저 빔에 대한 위치 및 정렬을 결정하는 임의의 다른 물체를 커버하려는 것이다.

물체 정렬 결정

도 2를 참조하면, 레이저 빔(20)과 경사 압평 렌즈(14)의 개략도가 도시되어 있다. 레이저 빔의 z축(24)에 대한 압평 렌즈(14)의 위치 및 정렬을 결정하기 위해서, 레이저 빔의 초점은 우선 압평 렌즈(14) 하부의 z축(24) 상의 포인트에 우선 지향된다. 이러한 제1 포인트는 z₀(26)로 불린다. 그 후, 레이저 빔의 초점은 폐쇄 패턴을 따라 이동된다. 폐쇄 패턴은 레이저 빔의 초점이 이동하는 형상이다. 레이저 빔 초점이 폐쇄 패턴을 따라 이동함에 따라, 레이저 빔이 발사된다. 레이저 빔의 스팟 거리는 레이저 빔이 특정 거리에 대한 폐쇄 패턴 상에 발사되도록 레이저 장치에 의해 설정될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에서, 스팟 거리는 1㎛ 내지 30㎛로 설정될 수 있다. 사용되는 특정 물체 및 레이저 소스에 대하여, 스팟 거리는 상술한 예와 상이할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 폐쇄 패턴은 직경("D"; 28)을 갖는 원형 형상이다. 폐쇄 패턴은 z축(24)에 수직인 평면이다. 압평 렌즈를 사용한 안과 시술에 있어서, 폐쇄 패턴은 압평 렌즈의 위치와 정렬 결정이 완성된 후에, 압평 렌즈에 대하여 눌려진 각막이 폐쇄 패턴의 영역과 접촉하지 않도록 충분히 넓은 직경을 가져야 한다. 압평 렌즈를 사용하는 특정 테스트에서, 폐쇄 패턴에 대해 7 내지 9.5㎜ 직경이 사용되었고 충분히 넓은 것으로 밝혀졌다. 물론, 정렬이 결정되는 특정 물체와 시술 유형에 따라 다른 직경이 사용될 수 있다.

제1 폐쇄 패턴이 완성된 후에, 레이저 빔의 초점은 z축(24) 상에서 설정 거리 z_x(30)만큼 다른 시작 포인트 z₁(32)로 조정되며, 여기서, z₁=z₀+z_x이다. 또한, 각각의 연속 폐쇄 패턴 간의 거리인 z_x 값은 분리층 거리로 불린다. 폐쇄 패턴의 각 패스에 있어서, 레이저 빔 초점은 분리층 설정에 기초하여 z축을 따라 거리를 이동할 수 있다.

그 후, 레이저 빔의 초점은 z축(24)에 수직인 평면에서 유사한 폐쇄 패턴을 따라 다시 이동된 후 z축에서 z₂(34)로 조정되고, 여기서, z₂=z₁+z_x이다. 폐쇄 패턴을 따라 초점을 이동시키는 단계와 레이저 빔의 초점의 개시점을 z축(24) 상향으로 조정하는 단계는, 폐쇄 패턴을 따라 레이저 초점이 압평 렌즈(14)에 접촉하여 z_n(36)에서 검출가능한 제1 플라즈마 스파크를 야기할 때까지 n번 반복한다. 플라즈마 스파크가 검출되는 특정 방식을 이하 설명한다.

CPU를 사용하는 소프트웨어는 레이저 빔의 초점의 이동을 지시하는 것이 바람직하다. 레이저 빔을 이동시키면서, 소프트웨어는 초점의 좌표를 기록할 수 있다. 예를 들면, 폐쇄 패턴을 따를 때, 레이저 빔 초점의 특정 x, y, 및 z 좌표가 알려질 수 있다. 이는 특정 좌표에서 폐쇄 패턴을 통해 초점의 이동을 지시하는 소프트웨어이기 때문이다. 따라서, 레이저 장치 소프트웨어는 소정의 정해진 이벤트에 기초하여 x, y, 및/또는 z 좌표를 기록하도록 구성 또는 프로그램될 수 있다.

제1 플라즈마 스파크가 발생하는 시기의 특정 z_n이 기록된다. 폐쇄 패턴을 따라 초점을 이동시키는 단계와 레이저 빔의 초점의 개시점을 z축(24) 위로 조정하는 단계는, 레이저 초점이 전체 폐쇄 패턴을 따라 압평 렌즈(14)와 접촉하여 플라즈마 스파크를 검출된 전체 폐쇄 패턴을 따라 z_j(38)에서 발생하게 할 때까지 m 번 반복하며, 여기서, j=m+n이다. 포인트 z_j가 기록된다. 폐쇄 패턴의 완성 검출이 일어나는 특정 방식을 이하 후술한다.

본 발명의 방법을 보다 잘 이해하기 위해서, 도 3은 본 발명의 특정 단계를 구성하는 흐름도를 나타낸다. 단계 201에서, 레이저 빔의 초점은 압평 렌즈(z₀) 아래의 z축 상의 포인트로 설정된다. 다음으로, 단계 202에서, 레이저 빔의 초점은 패턴을 따라, 바람직하게는, z축에 수직인 평면에서 직경 D를 갖는 원의 형상으로 이동된다. 패턴을 따른 레이저 빔의 이동중에, 플라즈마 스파크 발생에 대한 점검이 행해진다. 플라즈마 스파크가 검출되면, 단계 204에서, z_n 위치가 기록된다. 유사하게, x_n과 y_n 좌표가 또한 기록될 수 있다. 스파크가 검출되지 않으면, 패턴이 완성될 때, 단계 203에서 레이저 빔의 초점이 z축 위로 소정 거리(z_x)만큼 이동된다. 단계 202는 플라즈마 스파크가 검출될 때까지 반복된다.

단계 205에서, 레이저 빔의 초점은 z축 위로 소정 거리(z_x만큼) 이동한다. 그 후, 단계 206에서, 레이저 빔의 초점은 z축에 수직인 평면에서 직경 D를 갖는 원의 형상으로 소정 패턴을 따라 이동된다. 패턴을 따른 레이저 빔의 이동중에, 원의 원주에 플라즈마 스파크의 완성 발생에 대한 점검이 행해진다. 전체 원의 완성이 검출되면, 그 후 단계 207에서, z_j 위치가 기록된다. 또한, x_n 및 y_n 좌표의 위치가 기록될 수 있다. 원의 원주에 대한 플라즈마 스파크의 완성이 완료되지 않은 경우, 단계 205가 반복된다. 마지막으로, 단계 208에서, 압평 렌즈의 경사가 결정될 수 있다.

플라즈마 스파크의 시각적 검출

플라즈마 스파크는 조작자에 의해 시각적으로 검출될 수 있다. 예를 들면, 레이저 장치의 사용자에 의해 조작되는 푸트 스위치는 플라즈마 스파크가 언제 발생하는지를 식별할 수 있다. 폐쇄 패턴을 따른 초점의 이동은 상술한 바와 같이 수행된다. 사용자가 처음 플라즈마 스파크를 검출하는 경우, 푸트 스위치가 활성화될 수 있다. 스위치의 활성화는 컴퓨터에 제1 플라즈마 스파크의 z축 좌표를 기록하도록 알린다. 사용자가 폐쇄 패턴을 따르는 전체 플라즈마 스파크를 관찰함으로써 폐쇄 패턴의 완성을 검출하는 경우, 사용자는 푸트 스위치를 다시 활성화시킨다. 따라서, 제2 z축 좌표가 획득된다. 그 후에, 2개의 좌표를 이용하여 렌즈 경사가 결정될 수 있다.

플라즈마 스파크의 전자 검출

다른 실시예에서, 레이저 장치에 연결된 광검출기는 플라즈마 스파크의 발생을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 광검출기는 이러한 이벤트를 결정할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 예를 들면, 광검출기는, 포토다이오드, CCD, 광전자 증배관, 포토트랜지스터 또는 플라즈마 스파크의 발생을 검출하기에 적합한 임의의 장치를 포함할 수 있다.

광검출기는 플라즈마 스파크의 제1 발생과 폐쇄 패턴의 완성을 결정하여 제1 및 제2 z축 좌료를 제공하여 압평 렌즈의 경사를 계산하는데 사용될 수 있다.

일실시예에서, 광검출기는 레이저 장치에 연결된다. 광검출기는 광검출기가 플라즈마 스파크를 검출할 수 있는 레이저 장치 상에, 그에 인접하여, 또는 근방에 배치된다. 광검출기는 레이저 빔이 압평 렌즈에서 플라즈마 스파크를 생성할 때 전압 또는 신호를 생성한다. 광검출기가 플라즈마 스파크를 처음으로 검출하면, 레이저 장치 소프트웨어는 제1 z축 좌표를 기록한다.

제2 z축 위치에 있어서, 모든 폐쇄 패턴의 플라즈마 스파크의 완성 시에, 완성의 식별이 상이한 방식으로 결정될 수 있다. 폐쇄 패턴의 완성을 결정하는 방법 중 하나는 광검출기로부터 전압 또는 신호를 평가하여 이를 폐쇄 패턴의 완성에 대한 기지의 시간과 비교하는 것이다. 레이저 장치 소프트웨어는 해당 폐쇄 패턴을 완성하는데 필요한 시간을 계산하도록 구성될 수 있다. 폐쇄 패턴의 완성 시에, 광검출기의 전압 또는 신호가 평가될 수 있다. 플라즈마 스파크가 폐쇄 패턴의 끝에서 발생하고 있음을 광검출기의 전압 또는 신호가 나타내는 경우, 플라즈마 스파크가 폐쇄 패턴의 끝에서 발생하였음을 알 수 있다. 이러한 기지의 완성 포인트로부터, 제2 z축 위치가 결정될 수 있다.

경사 방위에 대한 정보는 가장 강한 플라즈마 스파크가 검출되는 물체 내의 x-y 좌표를 결정하여 획득될 수 있다. 플라즈마 스파크로부터의 가장 강한 신호는 물체 내의 가장 깊은 위치에 대응한다.

플라즈마 스파크의 비디오 이미지 검출

다른 실시예에서, 플라즈마 스파크가 생성될 때 압평 렌즈의 이미지를 캡쳐하기 위해 비디오 카메라는 사용된다. 캡쳐된 이미지 시퀀스를 비교함으로써, 이미지 정보를 사용하여 압평 렌즈의 경사를 결정할 수 있다. 일실시예에서, 초당 30프레임의 속도를 갖는 NTSC 카메라가 사용되었다. 그러나, 상이한 프레임 속도를 갖는 다른 비디오 카메라는 사용될 수 있다.

통상, 비디오 이미지는 레이저 빔 초점이 압평 렌즈의 하부 표면을 향해 상향으로 스캔될 때 플라즈마 스파크에 대하여 정밀 조사된다. 상술한 시각적/수동 및 광검출기 방법과 유사하게, 레이저 빔 초점은 레이저 빔의 초점이 플라즈마 스파크를 생성하지 않도록 개시점에 설정된다. 그 후, 레이저 빔 초점은 제1 및 제2 z축 좌표가 결정되는 동안 연속적인 폐쇄 패턴을 통해 이동된다.

일실시예에서, 8비트 계조(grey scale) 이미지가 캡쳐 및 평가된다. 계조 이미지는 0(검정) 및 255(흰색) 사이의 계조를 갖는 화소이다. 계조값은 0 내지 255의 범위에서 특정 화소에 대한 휘도를 나타낸다. 예를 들면, 특정 이미지 화소 영역이 제로값 또는 거의 제로값을 갖는 경우, 이는 이미지 일부가 어둡다는 것을 나타낸다. 특정 화소 영역이 255 또는 거의 255의 값을 갖는 경우, 이는 이미지의 일부가 매우 밝음을 나타낸다. 따라서, 이미지의 특정 영역의 화소값이 높을 수록, 이 영역은 보다 밝을 수(흴 수) 있다. 이러한 화소 평가 모델에 기초하여, 플라즈마 스파크의 발생이 검출될 수 있다. 플라즈마 스파크가 발생하여 이미지가 촬영되는 경우, 플라즈마 스파크가 발생하지 않은 경우에 존재하는 것보다 높은 범위의 화소가 존재할 수 있다. 이는 이미지 내에 기록되는 매우 밝은 빛을 플라즈마 스파크가 생성하기 때문이다.

이하 도 4를 참조하면, 반복 이미지 비교 방법을 사용하여 압평 렌즈 경사 결정을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 캡쳐될 이미지 프레임의 주파수가 주기적 시간 간격으로 설정된다. 그래프 상의 x축은 캡쳐된 비디오 이미지의 프레임 개수를 나타낸다. 도시된 예에서, 레이저 빔의 초점은 7.8㎜의 직경을 갖는 원형 패턴으로 설정되었다. 레이저의 스팟 거리는 3㎛로 설정되었다. 레이저 소스에 대한 3μJ 에너지의 에너지 레벨이 사용되었다. 그래프 상의 y축은 특정 임계치 이상의 화소에 대한 총 비교 이미지 값을 나타낸다. 실험에서, 임계치는 20으로 설정되었다.

플라즈마 스파크 라인(60)은 플라즈마 스파크의 발생 동안 그리고 그 전후의 여러 이미지 프레임의 처리를 나타낸다. 비디오 이미지 프로세스는 제1 비디오 이미지의 캡쳐로 개시된다. 미리 설정된 시간 간격 후에, 다음 이미지가 캡쳐된다. 그 후에 제1 비디오 이미지와 제2 비디오 이미지가 서로 비교된다.

제1 이미지로부터의 각 화소값(0 내지 255)이 합산되어 제1 이미지 값을 획득한다. 또한, 제2 이미지로부터의 각 화소값(0 내지 255)이 합산되어 제2 이미지 값을 획득한다. 임계치가 설정되면, 임계치보다 큰 값을 갖는 화소값만이 합산될 것이다. 임계치의 사용은 광 노이즈를 상당히 감소시키며, 충분한 실내광 및 압평 렌즈의 높은 조명에 있어서의 이 프로세스의 실행을 허용한다.

제1 이미지 값은 제2 이미지 값에서 감산되어 총 비교 이미지값을 제공한다. 총 비교 이미지 값은 CPU 메모리에 저장되어 그래프 상에 플롯(plot)될 수 있다. 그래프에는 도시하지 않지만, 총 비교 이미지 값에 있어서, 레이저 장치 소프트웨어는 특정 이미지 프레임에 대한 x, y 및 z 좌표를 인식하거나 저장할 수 있다. 따라서, 특정 총 비교 이미지 값에 있어서, x, y, 및 z 좌표는 특정한 총 비교 이미지 값에 관련될 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 프레임(860) 근방 이전에, 어떤 플라즈마 스파크도 발생하지 않는다. y축 상에서, 플라즈마 스파크는 제로의 총 비교 이미지 값을 갖는 직선으로 도시되어 있다. 프로세스 동안, 주변광은 일정한 레벨로 유지되는 것이 바람직하다. 도 4에 도시한 바와 같이, 완전 실내광에서도 플라즈마가 시작되기 전에 사실상 어떤 노이즈 신호도 존재하지 않는다. 플라즈마 스파크가 발생함에 따라, 프레임(860) 주변으로부터, 플라즈마 스파크 라인(60) 상에 도시된 바와 같이 증가하는 마운틴(mountain) 신호가 발생한다.

플라즈마 스파크 라인(60)의 마운틴의 각 측부 사이의 간격은 하나의 완전한 원의 완성을 나타낸다. 제1 마운틴(64)은 플라즈마 스파크의 제1 발생을 나타낸다. 임의의 마운틴 정점에서 정확한 x-y 좌표는 경사 축을 제공한다. 마운틴이 0(또는 어떤 낮은 임계치)으로 떨어지지 않는 최초 시점에, 플라즈마 원이 완성된다(제2 또는 최종 접촉).

제1 및 제2 컨택을 보다 용이하게 검출하기 위해서, 플라즈마 스파크 라인(60)이 다음 방식으로 더 처리된다. 이진 신호(또는 플라즈마 스파크 상태)가 다음 프로세스를 사용하여 생성될 수 있다. 이진 신호 또는 플라즈마 스파크 상태가 총 비교 이미지 값이 특정 값 이상인 경우 1로 설정된다. 특정 이미지 프레임에 대하여, 총 비교 이미지 값이 설정값보다 큰 경우(이 예에서, 1로 설정됨), 이 프레임에 대하여, 플라즈마 스파크 상태가 1 또는 참으로 설정될 수 있다. 총 비교 이미지 값이 설정값보다 작은 경우, 플라즈마 스파크 상태가 0 또는 거짓으로 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, 그래프 플라즈마 스파크 상태 라인(62)상에 도시된 바와 같이, 특정 이미지 프레임에 대한 플라즈마 스파크 상태가 알려질 수 있다.

2개의 연속하는 마운틴 정점 간의 거리가 레이저 소프트웨어에 의해 정해진 층 분리 파라미터와 등가이다. 이는 통상 2 내지 10 마이크로미터 정도이지만, 원하는 정확도에 따라 변할 수 있다. 각 마운틴 정점에 있어서, 폐쇄 패턴은 한 번의 회전을 가지며, 각 회전에서, 초점 위치는 층 분리 양만큼 z 방향으로 위로 움직인다. 제1 플라즈마 스파크(64)와 패턴(61)의 완전 폐쇄 사이에 포함된 마운틴 정점의 양은 다음 식으로 결정한다: Δz=|z_{(제1 플라즈마)}-z_{(완전 폐쇄)}|. 경사축의 결정은 마운틴 정점이 존재할 때 x-y 좌표의 위치에 의존한다. 축선은 마운틴 정점의 x-y 위치에서 회전 패턴의 중심에 대하여 180°만큼 드로잉된다. 경사 결정은 다음과 같다: θ = tan^-1 (Δz/D), 여기서, Δz는 CCD 카메라에 의해 검출되는 바와 같은 제1 플라즈마 스파크(64)와 패턴(61)의 완전 폐쇄 간의 z 위치의 차이이며 D는 원형 패턴의 직경이다.

렌즈 경사 및 z 좌표 오프셋의 계산

그 후, z축(24)에 대한 압평 렌즈(14)의 정렬은 다음 식을 사용하여 계산된다. θ = tan^-1 (Δz/D), 여기서, θ(40)는 압평 렌즈(14)와 z축에 수직인 평면 간의 각도이고, Δz는 제1 z축 위치와 제2 z축 위치 간의 차이이며, D는 소정 패턴의 직경이다. z축(24)과 압평 렌즈(14) 간의 각도(φ)(42)는 90 내지 0도이다.

위에서는 전자 또는 수동 수단에 의해 제2 z축 위치를 획득하는 방법을 논의하지만, 제2 z축이 계산될 수 있다. 제1 z축 위치가 발견된 후에, 제2 z축이 계산된다. 제2 z축 위치는 제1 z축 위치의 반대측의 소정 원형 패턴 상의 점일 수 있다. 이는 소정 원형 패턴을 사용하여 제1 z축 위치가 경사의 최저 포인트(압평 렌즈 아래로부터 상향으로 스캔하는 경우)이고 최고 포인트가 항상 제1 z축 위치의 반대측의 소정 패턴 상의 위치가 될 것이라는 것으로부터 성립된다. 따라서, 제1 z축 위치가 (x, y 좌표와 함께) 결정될 수 있으며 원형 패턴의 기지의 직경을 사용하여 제2 z축 위치가 결정될 수 있다.

소정 원형 패턴을 사용하여, 제1 및 제2 z축 위치를 발견함으로써, 압평 렌즈의 컨택트 렌즈의 평면이 z축 주변 평면 방위와 함께 결정될 수 있다.

레이저 빔에 대한 압평 렌즈(14)의 경사를 결정하는 것이 매우 유용하다. 안과 수술 분야에서, 보다 정확한 눈 조직의 광파괴가 달성될 수 있다. 예를 들면, 안과 레이저 수술에서 광파괴가 매우 정확한 것이 중요하다. 압평 렌즈를 사용하는 동안, 환자의 각막은 렌즈에 눌려 렌즈의 유리 표면에 대한 각막을 평평하게 한다. 완전 조정된 레이저 장치에서, 완전하게 형성된 압평 렌즈를 사용하여, 압평 렌즈의 접촉면(접촉 평면)이 레이저 빔에 수직일 수 있다. 이에 의해, 레이저 빔의 초점이 z 좌표가 있는 x-y 좌표로부터 다른 x-y 좌표로 이동되는 경우에도 같은 z 좌표로의 각막 내의 레이저 빔의 집속이 허용될 것이다. 그러나, 압평 렌즈가 경사진 경우, 이는 눈 조직에서 하나의 x-y 위치에서 레이저의 초점이 다른 x-y 위치와는 실제 상이하게 한다. 그러나, 압평 렌즈의 경사가 알려진 경우, 렌즈 경사를 고려하여 특정 x-y 위치에 대한 z 좌표(또는 초점 깊이)가 오프셋되거나 보정될 수 있다.

물체 상의 경사를 결정하는 3점 방법

레이저 빔의 z축에 대하여 물체 표면의 경사를 결정하는 다른 방법은 물체의 3점을 결정하는 것이다. 레이저 빔은 레이저 빔의 초점이 물체를 접촉하지 않도록 z축 포인트에 집속될 수 있다. 이는 임의의 x, y 좌표에 있을 수 있다. 레이저 빔 z축 초점을 특정 거리만큼 증분식으로 이동시켜 레이저를 발사한다. 초점을 설정 거리만큼 다시 이동시켜 레이저를 발사한다. 이는 제1 플라즈마 스파크가 검출될 때까지 계속한다. 검출은 전술한 수동의, 광검출기를 통해, 및 비디오 이미지 비교에 의한 방법을 포함하는 임의의 방식으로 행해질 수 있다. 제1 포인트(x, y, 및 z좌표)는 레이저 장치에 의해 메모리 또는 스토리지에 기록 또는 저장된다.

그 후, 레이저 장치는 레이저 빔을 제2 x, y 좌표에 지향시킨다. 레이저의 초점을 다음에 레이저 빔의 초점이 물체에 접촉하지 않도록 z축 포인트로 이동시킨다. 그 후에 다시, 레이저 빔 z축 초점을 특정 거리만큼 증분식으로 이동시켜 레이어가 발진된다. 이는 제2 플라즈마 스파크가 검출될 때까지 계속된다. 제2 포인트(x, y, 및 z 좌표)는 레이저 장치에 의해 메모리 또는 스토리지에서 기록 또는 저장된다.

그 후, 레이저 장치는 레이저 빔을 제3 x, y 좌표에 지향시킨다. 그 후, 레이저 빔의 초점을 물체와 접촉하지 않도록 z축 포인트로 이동시킨다. 그 후에, 레이저 빔 z축 초점을 특정 거리만큼 증분식으로 이동시켜 레이저를 발사한다. 이는 제3 플라즈마 스파크가 검출될 때까지 계속된다. 제3 포인트(x, y, 및 z 좌표)가 레이저 장치에 의해 메모리 또는 스토리지에 기록 또는 저장된다.

이제, 물체 표면의 3개의 표면 포인트를 결정했기 때문에, 레이저의 z축에 대한 표면의 평면이 알려질 것이다. 물체 평면을 알면, 후속 과정으로 z 오프셋에 대한 기준 평면으로서 이 평면을 사용할 수 있다.

또한, 2개의 포인트 간의 거리는 제1 물체 표면에서 제1 플라즈마 스파크를 검출하고, 제2 물체의 표면에서 제2 플라즈마 스파크를 검출하는 것에 의해 계산될 수 있다. 제1 및 제2 플라즈마 스파크의 검출은 전술한 방법에 의해 검출될 수 있다. 그 후, 각 플라즈마 스파크의 z축 좌표를 사용하여 플라즈마 스파크가 검출되는 각 물체 표면 사이의 거리를 결정한다.

Z 오프셋 및 이득 교정 절차

레이저 빔(레이저의 z축)에 대한 물체의 표면의 정렬(또는 경사)을 결정함으로써, 이후의 레이저 장치 동작에 z 오프셋 값을 사용할 수 있다. 특히 x, y 좌표에 있어서, z 좌표는 특정 거리만큼 오프셋되어 레이저 빔의 초점이 물체 경사 평면에 수평인 평면에 있는 것이 허용된다.

일실시예에서, 소프트웨어 프로그램은 전압을 디지털/아날로그 카드에 기록하는 것에 의해 레이저 장치의 집속 어셈블리의 변위를 명령한다. 계속해서, z-갈보(Galvo)가 명령 전압에 기초하여 전류를 모터 구동 집속 어셈블리에 보내는 것에 의해 원하는 초점 깊이 위치에 집속 어셈블리를 이동시킬 수 있다. 레이저 장치 내에 배치된 선형 인코더는 집속 어셈블리의 선형 이동을 감지한다. 호스트 컴퓨터 및 소프트웨어 프로그램과 연동하는 지능형 제어기는 센서를 사용하여 집속 어셈블리에 부착된 인코더 스트림을 판독한다. 렌즈가 소정 위치로 이동되는 경우, 인코더 피드백이 지능형 제어기에 의해 제공되며 실제 집속 어셈블리 위치가 획득된다.

z 이득을 측정하기 위해서, 제2 포인트를 측정할 필요가 있다. z 이득의 측정은, 서로 거의 평행한 거의 평탄한 상면 및 하면을 갖는 유리와 같은 제2 물체를 사용하는 것에 의해 달성될 수 있다.

일실시예에서, 160㎛ 두께의 현미경 슬라이드를 압평 렌즈 접촉면의 접촉 유리에 대하여 설치하였다. 슬라이드는 1060㎚에서의 굴절률이 1.521인 보로실리케이트 유리(borosilicate glass; 코닝 0211)로 제작되었다. 슬라이드의 평탄도를 측정하였다. 슬라이드는 전체 슬라이드(22 x 22㎜)에 걸쳐 ±l㎛ 이내인 평행한 상면 및 하면을 갖고 있었다. 이 슬라이드는 막대 및 막대 상부의 둥근 플라스틱 나사의 헤드로 아래로부터 약간 눌러 접촉 유리에 눌려진다. 이는 폐쇄 패턴의 원형 직경으로 슬라이드 하부의 공극이 된다. 원형 폐쇄 패턴은 시작 깊이가 200㎛에 설정되는 경우를 제외하면 z 오프셋 절차에서와 같이 커팅된다. 이는 각막 조직으로의 레이저 빔의 집속을 시뮬레이트한다. 사람 각막(n=1.377)에 대한 보정에 대해, 160㎛ 두께의 보로실리케이트 유리는 146㎛ 각막층에 대응한다. 이것은f#=1.48인 대물 렌즈의 집속수(focusing number)를 지닌 가우시안 빔을 사용하여 WinLase^TM 3.0 프로 소프트웨어로 시뮬레이트하였다.

적절한 보정에 의해, 실험전에 z 오프셋을 제로로 하면 상기 소프트웨어는 146㎛의 오프셋을 나타낼 것이다. 수치가 어긋나면, z 스케일 팩터(z 이득)를, 새로운 z 스케일 팩터 =(146㎛/측정 오프셋)* 이전의 z 스케일 팩터에 의해 새로운 z 스케일 팩터로 바꾼다.
레이저 장치 설정에서 z 스케일 팩터를 보정한 후에, z 오프셋은 z 스캐너 상에서 O 전압에 해당하지 않고 이득 변화에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에 z 오프셋을 재조절할 필요가 있다.

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간섭계 레이저 초점 검출

레이저 빔에 대한 물체 표면 위치를 측정하는 다른 방식은 간섭계를 사용하는 것이다. 측정후, 그 다음에 레이저 장치는 물체의 높이 차원의 분산을 고려하여 초점 깊이에 대한 오프셋 파라미터를 설정할 수 있다. 소프트웨어에서의 오프셋 파라미터는 압평의 높이 차원의 분산 효과를 소거할 수 있어, 일정한 시술 깊이를 제공할 수 있다.

이러한 방법은 압평 렌즈의 유리 표면에서 배면 반사되는 레이저의 파동면의 곡률을 사용한다. 파동면의 곡률은 간섭계에 의해 측정된다.

프린지 곡률을 초점 깊이에 관련시키는 2가지 방법이 있다. 첫째, 광학계 와 간섭계의 형상을 아는 것에 의해, 프린지 패턴을 정확하게 계산하여 초점 깊이와 관련시킬 수 있다. 그러나, 이 방법은 빔 형상에 관한 정확한 지식을 요구할 것이다.

둘째, 보다 실용적인 방법은 기기를 측정 가능한 초점 위치에 대해서 교정하는 것이다. 이는 발명자 등이 본 발명의 실시예에 따른 수법이다. 일 구현예에서, 기기가 상이한 깊이로 유리 샘플 내의 패턴을 커팅하도록 설정됨과 동시에, 간섭계 패턴이 기록된다. 그 후, 샘플 내의 커팅 깊이가 현미경의 도움으로 측정되어 이전에 기록한 바와 같이 프린지의 곡률에 관련된다.

간섭계는 전달 장치에 진입하기 전의 레이저 빔과 전달 장치를 통과한 측정 빔으로부터 직접 분리된 기준 빔을 사용한다. 기준 빔은 기본적으로 평행 빔이다. 측정 빔은 압평 렌즈의 광학 표면으로부터 배면 반사되는 레이저 빔의 일부이다. 반사 빔은 역 방향으로 스캐너 장치와 레이저 집속 광학계를 통한 광 경로를 되돌아간다.

반사면이 초점에 있으면, 배면 반사 빔이 전달 장치 전체를 통해 동일 경로를 되돌아가며, 평행 빔으로서 이를 떠난다. 이러한 빔은 기준 빔과 간섭될 수 있다. 이 경우, 모든 빔이 평행이고 이들은 직선 프린지를 갖는 간섭 패턴을 생성한다. 반면에, 압평 렌즈가 초점 밖에 있으면, 배면 반사 빔은 동일한 경로를 역으로 추적하지 않으며, 수렴 또는 발산 빔으로서 전달 장치를 떠난다. 평행 빔과 결합된 수렴 또는 발산 빔은 곡선 프린지 패턴을 생성한다. 초점의 위치 정보는 간섭 패턴으로부터, 기본적으로 프린지 곡률의 부호 및 크기로부터 얻을 수 있다.

일실시예에서, 이미지 처리 방법이 뒤따른다. 우선 원래 이미지가 캡쳐된 다음, 필터링되어 공간적으로 주기적인 커널(kernel)을 사용하여 이미지를 감는 것에 의해 강조된다. 이 프로세스는 예를 들면 광학계 상의 먼지 입자로 인한 랜덤 속성인 이미지의 결함을 평활한다. 동시에, 커널의 공간 주기성은 올바른 주기성을 갖는 간섭 패턴의 콘트라스트(contrast)를 높인다.

이미지 처리의 다음 단계는 캐니 에지 검출 알고리즘(Canny Edge Detection algorithm)에 의한 에지 검출이다[Canny, A. 에지 검출 계산법(A computational approach to edge detection) IEEE Trans. PAMI, 1986년 제8권: 769-698].

에지 단편이 그 후에 분석된다. 주어진 길이보다 짧은 단편은 폐기된다. 보다 긴 단편은 다항 곡선에 피팅된다. 다항식의 2차 계수는 개별 프린지의 곡선을 제공한다. 마지막으로, 개별 프린지의 곡률이 평균된다.

일실시예에서, 패턴은 상술한 비디오 카메라와 프레임 캡쳐 소프트웨어에 의해 캡쳐된다. 패턴은 컴퓨터 소프트웨어에 의해 분석될 수 있다. 프린지 패턴의 곡률이 얻어져 초점 위치가 계산된다. 초점 위치를 결정하기 위해서, 프린지 패턴이 평행 빔을 갖는 경우, 레이저 빔이 집속된다. 레이저 빔이 초점으로부터 얼마나 벗어나 있는지를 결정하는 방법 중 하나는 프린지 패턴의 다양한 곡률의 교정과 초점 거리의 측정을 대량 실시하는 것이다. 예를 들면, 특정 프린지 곡률에 대한 다양한 초점 길이를 결정하는데 마이크로미터가 사용될 수 있다. 특정 프린지 곡률에서, 초점 깊이 값은 표에 저장될 수 있다. 그 후, 레이저 장치의 추후 사용의 경우에, 초점 위치를 결정하기 위해 특정 프린지 패턴 곡률이 결정된 다음, 표 내에서 검색될 수 있다. 대안으로서, 특정 프린지 곡선에 대해서 초점 위치를 얻을 수 있는 알고리즘을 결정하기 위해 곡률에 대한 거동을 평가할 수 있다.

프린지 패턴과 레이저 빔 초점의 관계를 결정하기 위해 다양한 실험을 수행하였다. 일 실험에서, 측정된 간섭 프린지 패턴은 아래로 굴곡되었다. 이는 도 5a에 도시되어 있다. 레이저 빔의 초점은 압평 렌즈의 접촉면의 20㎛ 위에 있는 것으로 확인되었다. 다른 실험에서, 측정된 간섭 프린지 패턴은 직선을 형성하였다. 이는 도 5b에 도시되어 있다. 레이저 빔의 초점은 압평 렌즈의 유리 표면 상에 있는 것으로 확인되었다. 제3 실험에서, 측정된 프린지 패턴은 위로 굴곡되었다. 이는 도 5c에 도시되어 있다. 레이저 빔의 초점은 압평 렌즈의 접촉면의 20㎛ 아래에 있는 것으로 확인되었다.

압평 렌즈의 시야의 광학 중심에서 하나의 포인트의 측정은 z 오프셋 수치를 제공한다. 이 방법은 초점면의 경사를 결정하기 위한 압평 렌즈의 접촉면의 3점 측정에 사용될 수 있다.

간섭계 방법은 압평 렌즈의 평면의 초점을 결정한다는 장점을 가질 뿐만 아니라 레이저 빔 왜곡을 검출하는데 사용될 수 있다. 이들 왜곡 중 일부는 i) 구면 수차 및 색 수차과 같은 레이저 장치 광학계의 설계에 있어서 고유한 왜곡, ii) 공간 처프(spatial chirp)와 같이, 레이저에서 나오는 왜곡, iii) 스펙 거울(spec mirror)의 평탄도로부터에서와 같은, 컴포넌트 레벨 수차(收差)로부터의 왜곡, 또는 iv) 장치 오정렬에 기인한 왜곡일 수 있다.

레이저의 측정된 초점 위치가 소정의 허용가능 범위 밖에 있는 경우, 레이저 장치 소프트웨어는 서보 장치가 z축 초점 위치에 대한 오프셋 값을 변형하여 레이저 장치가 허용 범위 내에 있게 지시하도록 구성될 수 있다. 또한, 수술 패턴에 대한 소프트웨어 파라미터는 수술 면에 대한 레이저 초점면의 경사 및 하드웨어 오프셋을 조정하도록 구성될 수 있다.

비선형 주파수 변환

레이저 빔의 초점 깊이를 결정하는 다른 방법은 대역 통과 필터를 구비한 광전자 증배관를 사용하여 레이저 빔에 의해 생성된 비선형 주파수 신호를 모니터하는 것이다. 레이저 장치 컴퓨터는 초점 깊이에 대한 신호의 의존성을 모니터한다. 신호의 변경은 압평 유리의 하부 표면과 각막 간의 인터페이스를 나타낸다. 비선형 주파수 변형 방법은 비침입적이다. 압평 렌즈가 환자의 눈 위에 있는 동안, 깊이 교정이 수행될 수 있고, 이에 따라 기계 백래시에 의해 야기된 에러를 저감할 수 있다.

이 방법은 유리와 각막에서 상이한 비선형 효과의 사용에 기초하여 레이저 빔의 주파수와 상이한 주파수에서 빛을 생성한다. 이 효과는 제2 고조파 생성, 제3 고조파 생성, 유도 라만, 백색광 생성 등을 포함하지만 이에 국한되는 것은 아닐 수 있다. 광파괴 임계치에 근접한 레이저 빔 세기에서, 상술한 비선형 프로세스의 변환 효율은 검출가능한 신호를 생성하기에 충분히 높다. 이들 신호는 입력 세기에 대한 2차 또는 보다 고차의 의존성을 가지며, 빔의 웨이스트에 공간상으로 한정될 수 있으며, 이에 따라 인터페이스 검출의 정확성을 증가시킬 수 있다.

대역 통과 필터를 구비한 광전자 증배관이 레이저 장치에 부착된다. 레이저 장치의 컴퓨터는 초점 깊이의 신호의 의존성을 모니터한다. 신호의 변경은 압평 렌즈의 하부 표면과 각막 간의 인터페이스를 나타낸다. 5 미크론보다 높은 정확성이 달성될 수 있다.

도 6을 참조하면, 이 방법을 더 설명할 수 있다. 도 6은 깊이 축 상의 양의 신호가 각막 내부의 위치에 대응하고 제로 위치가 각막 유리 인터페이스에 대응하는 피그 아이의 빔 웨이스터 위치에 대한 제2 고조파 신호의 의존성을 나타내는 그래프이다. 압평 렌즈와 각막의 인터페이스에서 레이저 빔의 초점을 결정하기 위해서, 최대 신호의 절반을 취한다. 이는 그래프 상의 0 미크론의 포인트에 나타난다. 초점 스팟이 압평 렌즈로 이동하면 신호가 감소하고, 초점이 각막으로 이동하면 신호는 증가한다. 이는 펨토초 모드 고정 레이저 빔과 같은 특정 레이저 빔이 공초점 파라미터에 의해 설명될 수 있기 때문에 행해질 수 있다. 다시 말하면, 레이저 빔은 특정 길이 범위의 초점을 갖는다. 초점 범위의 길이 절반이 각막 내부에 있는 경우 신호는 최대 신호의 절반일 것이다.

한가지 실험에서, 이 방법을 압평 렌즈가 피그 아이(pig eye)와 접촉한 상태로 테스트하였다. 레이저의 에너지 레벨은 0.2μJ로 감소되어 영향력이 유리 또는 피그 아이의 광학 손상 임계치 아래이지만, 각막 내에 제2 고조파를 생성할 만큼 높았다. 초점 깊이를 스캔하는 동안, 제2 고조파의 세기는 각막에서 유리 인터페이스에 걸쳐 1/50만큼 감소하였다. 이는 +/- 5.0미크론보다 우수한 정확성으로 각막-유리 인터페이스에서 초점의 로컬화를 가능하게 하였다. 도 6에 이 결과를 나타낸다.

다른 실험에서, 이 방법은 한 조각의 플라스틱에 렌즈가 부착된 압평 렌즈를 사용하여 테스트되었다. 이 플라스틱 조각은 압평 렌즈와 접촉한 각막을 시뮬레이트하는데 사용되었다. 레이저 장치의 에너지 레벨은 0.7μJ로 감소되어 이 영향력은 유리의 광학 손상 아래이지만, 백색광을 생성하기에 충분히 높다. 초점 깊이를 스캔하는 동안, 백색광의 세기는 유리에서 플라스틱으로 2배만큼 변화한다. 이는 5미크론의 정확성으로 유리-플라스틱 인터페이스에서 초점 스팟 위치의 로컬화를 가능하게 한다.

상술한 본 발명의 장치 및 방법은 레이저 장치에 대한 압평 렌즈의 위치 및 정렬을 결정하는 장치에 매우 적합하다. 그러나, 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되는 것으로 본 발명을 여기서 개시되는 형태에 한정시키려는 것이 아님을 유의하여야 한다. 결과적으로, 장치 및 프로세스에 대한 변형 및 변경은 상기 교시에 적합하며, 관련 분야의 교시는 본 발명의 범위 내에 있다. 이들 변형이 본 발명의 취지와 후술하는 청구항의 범위 내에 포함됨을 당업자는 용이하게 이해할 것이다.

그러나, 상술한 실시예는 또한 본 발명을 실시하는 최선의 양태를 설명하려는 것이며, 본 발명의 특정 응용 또는 사용에 의해 필요한 이러한 또는 다른 실시예에서 그리고 여러 변경으로 본 발명을 당업자가 사용할 수 있게 하려는 것이다. 후술하는 청구항은 종래 기술에 의해 허용되는 범위에서 다른 실시예를 포함시키려는 것이다.

Claims

레이저 빔에 대한 물체 표면의 위치 및 정렬을 결정하는 방법으로서,

평면을 가지는 물체를 제공하는 단계;

레이저 빔을 생성하는 레이저 장치를 제공하는 단계;

상기 레이저 빔의 z 축에 수직인 면에서 소정 패턴을 따라 상기 레이저 빔의 초점을 반복 이동시키는 단계;

상기 레이저 빔 초점이 상기 물체와 접촉하는 경우에 적어도 하나의 플라즈마 스파크를 검출하는 단계; 및

상기 적어도 하나의 플라즈마 스파크를 이용하여 상기 레이저 빔에 대해 상기 평면의 정렬을 결정하는 단계

를 포함하는 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저 빔은 펨토초(femtosecond) 또는 피코초(picosecond) 범위에 있는 연속적으로 반복하는 짧은 광 펄스열로 형성되는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 물체는 압평 렌즈(applanation lens), 유리판 또는 현미경 슬라이드인 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 물체는 유리, 실리콘, 플라스틱 또는 생체 재료로 이루어진 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저 빔의 초점을 반복 이동시키는 단계는

상기 레이저 빔의 초점이 상기 물체와 접촉하지 않도록 레이저 빔의 초점을 z축 면 상의 개시점에 설정하는 단계;

상기 z축에 수직인 평면에서 소정 패턴을 따라 상기 레이저 빔의 초점을 반복 이동시키는 단계; 및

상기 소정 패턴을 따른 상기 레이저 빔의 이동이 완료된 후에, z축 상에서 상기 레이저 빔의 초점을 이전 z축으로부터 설정 거리Δz 만큼 이동시키는 단계

를 포함하는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 소정 패턴은 원형인 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제5항에 있어서, 상기 플라즈마 스파크를 검출하는 단계는

상기 레이저 빔이 상기 물체와 접촉할 때, 제1 플라즈마 스파크를 식별하는 단계;

상기 제1 플라즈마 스파크의 제1 z축 위치를 기록하는 단계;

완성된 소정 패턴을 따른 제2 플라즈마 스파크를 식별하는 것에 의해, 상기 소정 패턴의 완성을 식별하는 단계; 및

상기 제2 플라즈마 스파크의 제2 z축 위치를 기록하는 단계

를 포함하는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제7항에 있어서, 상기 평면의 정렬을 결정하는 단계는 상기 제1 z축 위치와 상기 제2 z축 위치를 사용하여 상기 z축에 대한 상기 물체의 정렬을 계산하는 단계를 포함하는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제8항에 있어서, 상기 계산은 공식 θ = tan^-1 (Δz/D)을 이용하고, 여기서, θ는 상기 z축에 수직인 면과 상기 물체 간의 각도이고, 상기 Δz는 상기 제1 z축 위치와 상기 제2 z축 위치 간의 차이이며, D는 상기 소정 패턴의 직경인 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 플라즈마 스파크를 검출하는 단계는

상기 물체의 이미지를 촬영하는 비디오 카메라를 제공하는 단계; 및

상기 물체의 일련의 이미지를 캡쳐하는 단계

를 포함하는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제10항에 있어서, 상기 플라즈마 스파크를 검출하는 단계는 상기 물체의 상기 이미지들을 비교하여 적어도 하나의 플라즈마 스파크의 발생을 검출하는 단계를 포함하는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 평면의 정렬을 결정하는 단계는

제1 이미지 화소값과 제2 이미지 화소값을 계산하는 단계; 및

상기 제2 이미지 화소값으로부터 상기 제1 이미지 화소값을 감산하는 것에 의해, 총 비교 화소값을 계산하는 단계

를 포함하는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제12항에 있어서, 상기 평면의 정렬을 결정하는 단계는 상기 총 비교 화소값을 플롯(plot)하여 플라즈마 스파크 라인을 확립하는 단계를 더 포함하는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 플라즈마 스파크를 검출하는 단계는

플라즈마 스파크를 검출하는 광검출기를 제공하는 단계; 및

상기 플라즈마 스파크의 발생을 상기 광검출기를 사용하여 식별하는 단계

를 포함하는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제14항에 있어서, 상기 광검출기는 포토다이오드, CCD, 광전자 증배관, 또는 포토트랜지스터 중 어느 하나인 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 플라즈마 스파크를 검출하는 단계는 소정 패턴의 완성시에 제1 플라즈마 스파크의 발생과 제2 플라즈마 스파크의 발생을 수동으로 검출하는 단계를 포함하는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 평면의 정렬을 결정하는 단계는 상기 레이저 빔에 대한 상기 물체의 평면의 경사를 결정하는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 플라즈마 스파크를 검출하는 단계는 광검출기에 의해 생성되는 전압차를 측정하는 단계를 포함하는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 물체는 투명 또는 불투명한 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 방법.
레이저 빔을 생성하고, 이 레이저 빔에 대한 물체 표면의 위치 및 정렬을 결정하는 레이저 장치로서,

레이저 빔을 생성하고, 상기 레이저 빔의 이동을 지시하도록 구성된 중앙 처리부를 구비하는 레이저 기기;

플라즈마 스파크를 검출하며, 상기 레이저 기기에 접속된 플라즈마 스파크 검출 장치; 및

상기 중앙 처리부 상에서의 실행을 위한 소프트웨어 프로그램

을 포함하며, 상기 소프트웨어 프로그램은

상기 레이저 빔의 z축에 수직인 면에서 소정 패턴을 따라 상기 레이저 빔의 초점을 반복 이동시키는 단계;

상기 레이저 빔 초점이 상기 물체의 표면에 접촉할 때, 복수의 플라즈마 스파크를 검출하는 단계; 및

상기 레이저 빔에 대한 상기 표면의 위치 및 정렬을 결정하는 단계

를 수행하도록 구성되는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제20항에 있어서, 상기 플라즈마 스파크 검출 장치는 광검출기인 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제21항에 있어서, 상기 광검출기는 광다이오드, CCD, 광전자 증배관, 또는 포토트랜지스터 중 어느 하나의 것인 물체 표면 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제21항에 있어서, 상기 플라즈마 스파크 검출 장치는 비디오 카메라인 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제20항에 있어서, 상기 레이저 빔은 펨토초 또는 피코초의 범위에 있는 연속적으로 반복하는 짧은 광 펄스열로 이루어지는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제20항에 있어서, 상기 레이저 빔의 초점을 반복 이동시키는 단계를 위한 소프트웨어는

상기 레이저 빔의 초점이 상기 물체와 접촉하지 않도록 상기 레이저 빔의 초점을 z축 면 상의 개시점에 설정하는 단계;

상기 z축에 수직인 면에서 소정 패턴을 따라 상기 레이저 빔의 초점을 반복 이동시키는 단계; 및

상기 z축 상에서 상기 레이저 빔의 초점을 이전 z축으로부터 설정 거리 Δz만큼 이동시키는 단계

를 수행하도록 구성되는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제20항에 있어서, 상기 소정 패턴은 원형인 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제20항에 있어서, 상기 플라즈마 스파크를 검출하는 단계를 위한 소프트웨어는

상기 레이저 빔이 상기 물체에 접촉할 때, 제1 플라즈마 스파크를 식별하는 단계;

상기 제1 플라즈마 스파크의 제1 z축 위치를 기록하는 단계;

완성된 상기 소정 패턴을 따라 제2 플라즈마 스파크를 식별하는 것에 의해, 상기 소정 패턴의 완성을 식별하는 단계; 및

상기 제2 플라즈마 스파크의 제2 z축 위치를 기록하는 단계

를 수행하도록 구성되는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제27항에 있어서, 상기 표면의 위치 및 정렬을 결정하는 단계를 위한 소프트웨어는 상기 제1 z축 위치와 상기 제2 z축 위치를 사용하여 상기 z축에 대한 상기 물체의 정렬을 계산하는 단계를 수행하도록 구성되는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제28항에 있어서, 상기 계산을 위한 소프트웨어는 공식 θ = tan^-1 (Δz/D)을 사용하며, 여기서 θ은 상기 물체와 상기 z축에 수직인 면 간의 각도이고, Δz는 상기 제1 z축 위치와 제2 z축 위치 간의 차이이며, D는 소정 패턴의 직경인 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제23항에 있어서, 상기 플라즈마 디스크를 검출하는 단계를 위한 소프트웨어는 상기 물체의 제1 및 제2 이미지를 캡쳐하는 단계를 수행하도록 구성되는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제20항에 있어서, 상기 위치 및 정렬을 결정하는 단계를 위한 소프트웨어는

제1 이미지 화소값과 제2 이미지 화소값을 계산하는 단계; 및

상기 제2 이미지 화소값에서 상기 제1 이미지 화소값을 감산하여 총 비교 화소값을 계산하는 단계

를 수행하도록 구성되는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제21항에 있어서, 상기 플라즈마 스파크를 검출하는 단계를 위한 소프트웨어는 상기 광검출기를 사용하여 상기 플라즈마 스파크의 발생을 식별하는 단계를 수행하도록 구성되는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제20항에 있어서, 상기 플라즈마 스파크를 검출하는 단계를 위한 소프트웨어는 제1 플라즈마 스파크의 발생과 상기 소정 패턴의 완성시의 제2 플라즈마 스파크의 발생을 알리는 신호를 보내도록 입력 장치로부터 입력을 수신하는 단계를 수행하도록 구성되는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제33항에 있어서, 상기 입력 장치는 푸트 스위치(foot switch)인 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
제20항에 있어서, 상기 표면의 위치 및 정렬을 결정하는 단계를 위한 소프트웨어는 상기 레이저 빔에 대한 상기 물체의 표면의 경사를 결정하는 단계를 수행하도록 구성되는 것인 물체 표면의 위치 및 정렬 결정 레이저 장치.
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